CN102589422A - 正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器 - Google Patents

Abstract

正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器属于传感器；在装配台上依次安装第一、二、三、四、五、六、七连接架，四维调整架、分光镜、折反式长焦系统A、折反式长焦系统B、五维调整架、光电接收器B、光电接收器A分别装配在第一、二、三、四、五、六、七连接架上，在四维调整架上装配激光光源，在五维调整架上安装带有光纤探针测头的光纤探针测杆，数据传输线将光电接收器A和光电接收器B分别与数据采集处理器连接；本传感器具有二维传感信息零耦合、能进行二维方向探测、测力小、易小型化、测量深径比大、实时性好、易应用的特点，在对微内尺寸和三维坐标实施快速、超精密的测量与校准中具有显著优势。

Description

正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器

技术领域

本发明属于传感器，主要涉及一种可深入微深内腔体内部将光纤探针测头与内腔体侧壁触测位置信息转换为光束能量中心位置信息的正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器。

背景技术

随着航空航天工业、汽车工业、电子工业以及尖端工业等的不断发展，对于精密微小内腔构件的需求急剧增长。由于受到空间尺度的限制以及测量接触力的影响，微小内腔构件内尺寸的精密测量变得难以实现，尤其是测量深度难以提高，这些已然成为制约行业发展的“瓶颈”。为了实现更小的内尺寸测量、增加测量深度，最广泛使用的办法就是使用细长的探针深入微小内腔进行探测，通过瞄准发讯的方式测量不同深度上的微小内尺寸。因此，目前微小内尺寸的精密测量以坐标测量机结合具有纤细探针的瞄准发讯式探测系统为主，由于坐标测量机技术的发展已经比较成熟，可以提供精密的三维空间运动，因此瞄准触发式探针的探测方式成为微小内腔尺寸探测系统设计的关键。

目前，微小内腔尺寸测量的主要手段包括以下几种方法：

1.天津大学的杨世民教授等人提出了一种弹性尺寸传递理论，并依据此理论研制了膜片式盲小孔测头。该测头以膜片为敏感元件，并运用电容传感器来检测膜片的形变，把测杆视为弹性体，通过精密标定，可以自动补偿弹性测杆的变形误差。将此测头安装在三坐标测量机上，可对各种方向的通盲小孔进行接触测量，测出其任意截面的尺寸和形状误差。这种测头可以用于测量直径0.3mm以上、深径比达30的盲孔，测量的线性范围±20μm，精度优于±1μm。这种方法测头与测杆难以进一步小型化，且测头的最大非线性误差为0.2μm，测量精度难以进一步提高。

2.日本的T.Masuzawa等人利用硅加工的工艺制作了硅质微型探针，把探针作为阻抗元件接入电路中，提出一种振动扫描的方法进行孔径测量，把探针的机械变动量直接转变为电信号进行测量，能够对Φ100μm孔径实施测量，测量深度为0.2mm。这种测量方法由于采用了外加振动源，测量数据的漂移较大，另外，它的探针测头末端几何形状为矩形，测量孔时存在盲区，导致测量精度只能达到亚微米级。

3.德国联邦物理技术研究院的H.Schwenke教授等人提出了一种微光珠散射成像法，实现了对探针测头位置信息的二维检测。该方法利用单光纤作为探针测杆，把微光珠粘接或者焊接到测杆末端，使光线耦合进入光纤内部传播到微光珠上形成散射，用一个面阵CCD接收散射光形成敏感信号，实现了微力接触式测量。后来H.Schwenke教授等人拓展了这种方法，在测杆上粘接了一个微光珠，同时增加了一路对该微光珠的成像光路，这使得该探测系统具有了三维探测能力，测量标准球时得到的标准偏差为0.2μm。据相关报道，此方法可以实现测量Φ151μm的孔径，测量深度为1mm。这种方法在测量深孔过程中，由于微光珠散射角度较大，随着测量深度的增加，微光珠散射成像光斑的质量由于散射光线受到孔壁遮挡而逐渐降低，导致成像模糊，降低了测量精度，因此无法实施大深径比的高精度测量。

4.哈尔滨工业大学谭久彬教授和崔继文博士等人提出一种基于双光纤耦合的探针结构，把两根光纤通过末端熔接球连接，熔接球作为测头，一根较长光纤引入光线，另外一根较短导出光线，克服了微光珠散射法测量深度的局限，可以实现对直径不小于0.01mm、深径比不大于50∶1的微深孔测量时的精确瞄准。这种方法耦合球中存在相干光干涉，导致获取的信号信噪比较低，影响测量精度进一步提升。

5.美国国家标准技术研究院使用了单光纤测杆结合微光珠测头的探针，通过光学设计在二维方向上将光纤测杆成像放大35倍左右，用2个面阵CCD分辨接收二维方向上光纤测杆所成的像，然后对接收到的图像进行轮廓检测，从而监测光纤测杆的在测量过程中的微小移动，进而实现触发式测量，该探测系统的理论分辨力可以达到4nm，探测系统的探针测头直径为Φ75μm，实验中测量了Φ129μm的孔径，其扩展不确定度概算值达到了70nm(k＝2)，测量力为μN量级。这种方法探测分辨力高，测量精度高，使用的测头易于小型化，可以测量较大深径比的微孔。该方法的局限是成像单元对光纤测杆的微位移放大倍数较低(仅有35倍)，必须通过图像算法进一步提高分辨力，探测光纤测杆的二维微位移必须使用两套成像系统，导致系统结构比较复杂，测量数据计算量比较大，这些因素导致探测系统的分辨力难以进一步提高，探测系统的实时性较差，系统构成比较复杂。

6.瑞士联合计量办公室研发了一个新型的坐标测量机致力于小结构件纳米精度的可追迹的测量。该测量机采用了基于并联运动学原理的弯曲铰链结构的新型接触式探针，该设计可以减小移动质量并且确保全方向的低硬度，是一个具有三维空间结构探测能力的探针。这一传感结构的测量力低于0.5mN，同时支持可更换的探针，探针测头的直径最小到Φ100μm。探测系统结合了一个由Philips CFT开发的高位置精度的平台，平台的位置精度为20nm。该测量系统测量重复性的标准偏差达到5nm，测量结果的不确定度为50nm。该种方法结构设计复杂，同时要求测杆具有较高的刚度和硬度，否则难以实现有效的位移传感，这使得测杆结构难以进一步小型化，测量深径比同时受到制约，探测系统的分辨力难以进一步提高。

7.哈尔滨工业大学谭久彬教授和王飞等人提出了一种基于单光纤探针测杆的一维微焦准直的测量方法，该方法利用单光纤探针侧测杆的超大曲率与微柱面透镜的结构特点组建了点光源一维微焦准直成像光路，通过测量成像亮条纹的能量中心的位置与条纹宽度，从而获得光纤探针测杆的二维位移量信息，若对该装置如下配置：光纤探针测杆半径为10μm，其折射率n＝1.7，像距l’＝300mm，光电接收器像元尺寸为7μm，利用图像算法能够分辨0.1个像元的变化，其理论分辨力可达0.03nm。该方法所成像亮条纹的条纹宽度不易测量，同时在二维位移测量时，存在成像信息中的耦合问题，即成像亮条纹的能量中心的位置与条纹宽度的耦合问题。

综上所述，目前微小内腔尺寸和二维坐标探测方法中，由于光纤制作的探针具有探针尺寸小、测量接触力小、测量深径比大、测量精度高的特点而获得了广泛关注，利用其特有的光学特性和机械特性通过多种方式实现了一定深度上的微小内尺寸的精密测量。现有测量手段主要存在的问题有：

1.探测系统的位移分辨力难以进一步提高。现存的探测系统的初级放大率较低，导致了其整体放大率较低，难以实现其位移分辨力的进一步提高。美国国家标准技术研究院采用的探测方法的光学测杆的光学光路放大倍率仅有35倍，较低的初级放大倍率导致了其位移分辨力难以进一步提高。

2.探测系统在测量方向上没有绝对“0”位置。现存的对微小内腔的探测手段主要通过面阵CCD所接收的二维图像来判断光纤测杆的位移，这种方法不具有绝对“0”位置，导致探测系统难以辨别测量要素的极性，也难以获得更高的测量重复性。

3.探测系统实时性差，难以实现精密的在线测量。美国国家标准技术研究院采用的探测方法必须使用两路面阵CCD接收信号图像，并且由于光纤测杆成像光路放大倍率仅有35倍，必须使用较复杂的图像算法才能实现对光纤测杆位移的高分辨力监测，这导致测量系统需要处理的数据量大大增加，降低了探测系统的实时性能，难以实现微小内腔尺寸和二维坐标测量过程中瞄准发讯与启、止测量的同步性。

4.二维位移方向探测能力不足。哈尔滨工业大学提出的基于单光纤探针测杆的一维微焦准直的测量方法在沿轴方向离焦探测时没有方向探测能力，从而无法实现全面的二维位移测量。

5.存在二维位移传感的耦合。哈尔滨工业大学提出的基于单光纤探针测杆的一维微焦准直的测量方法在二维位移传感时存在耦合，被测位移量为二维位移时，该方法获得的二维信息之间有相关性，而且无法分离，导致二维测量存在很大误差，无法实现二维位移的准确测量。

发明内容

为了克服上述已有技术的不足，以满足微小内腔尺寸和二维坐标测量的高精度、大深径比与快速测量的需求，本发明提出了一种适用于大深径比微深孔测量的正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器。

本发明的目的是这样实现的：

一种正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器，在装配台上安装第一连接架、第二连接架、第三连接架、第四连接架、第五连接架、第六连接架和第七连接架，四维调整架、分光镜、折反式长焦系统A、折反式长焦系统B、五维调整架、光电接收器B、光电接收器A分别装配在第一、二、三、四、五、六、七连接架上，在四维调整架上装配激光光源，分光镜和折反式长焦系统A依次位于激光光源的直射光路上，折反式长焦系统B位于分光镜的反射光路上，且激光光源直射光路与分光镜反射光路正交，折反式长焦系统A和光电接收器A之间的点光源一维微焦准直成像光路A与折反式长焦系统B和光电接收器B之间的点光源一维微焦准直成像光路B相互正交，且分别在点光源一维微焦准直成像光路A和点光源一维微焦准直成像光路B上构成点光源A和点光源B，其中点光源A和点光源B分别位于折反式长焦系统A和折反式长焦系统B的像方焦点上，在五维调整架上安装带有光纤探针测头的光纤探针测杆，光纤探针测杆位于点光源一维微焦准直成像光路A和B的正交光路上，且点光源A和点光源B分别位于光纤探针测杆的物方焦点上，点光源一维微焦准直成像光路A和B分别在光电接收器A和B上所成的两条亮条纹同时具有最小的偏度绝对值，此时光纤探针测杆的位置为二维方向上的绝对“0”位置，数据传输线将光电接收器A和光电接收器B分别与数据采集处理器连接。

光纤探针测杆的焦距为微米量级。

折反式长焦系统A、B的结构是：在折反式长焦透镜外壳内的同轴光路上从左至右依次配装球面反射镜、校正透镜组A、校正透镜组B，在校正透镜组A与校正透镜组B之间配装与同轴光路轴线成45°倾斜的折叠平面镜。

光电接收器A、B是线阵CCD、PSD或者QPD。

本发明具有以下特点及良好效果：

1.本发明所提出的传感器是利用光纤探针测杆的微焦特性，组建了两路点光源一维微焦准直成像光路，利用每路光路在垂轴方向离轴过程中所形成的特有的高倍位移放大特性与二次折射偏转特性，产生了超高二维角(线)位移灵敏度，从而在二维方向上位移分辨力均可达深亚纳米量级，这是本发明区别现有技术的主要创新点之一。

2.本发明所提出的传感方法与装置将光纤探针测杆的二维位移转换为两条成像亮条纹的能量中心的位置的变化，这两条亮条纹的能量中心的位置在二维测量方向上各自具有惟一的极值点，这使本发明所提出的传感方法与装置在二维测量方向上具有了绝对“0”位置，而且还具有方向探测能力，这是本发明区别现有技术的主要创新点之二。

3.本发明所提出的传感方法具有对二维位移的传感中不存在耦合的特点，即该方法消除了现有一些方法在二维传感中存在的相关性，使各自维度的传感相互独立，这是本发明区别现有技术的主要创新点之三。

4.本发明中提出的折反式长焦系统提供了较长的工作距离，可达20-30mm，提供了极大的工作空间，这是本发明区别现有技术的主要创新点之四。

附图说明

图1为正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器结构示意图

图2为图1的仰视图

图3为折反式长焦系统结构示意图

图4为折反式长焦系统工作过程示意图

图中：1-装配台，2-第一连接架，3-第二连接架，4-第三连接架，5-第四连接架，6-第五连接架，7-第六连接架，8-第七连接架，9-四维调整架，10-激光光源，11-分光镜，12a-折反式长焦系统A，12b-折反式长焦系统B，13a-点光源A，13b-点光源B，14-五维调整架，15-光纤探针测杆，16-光纤探针测头，17a-点光源一维微焦准直成像光路A，17b-点光源一维微焦准直成像光路B，18a-光电接收器A，18b-光电接收器B，19-数据传输线，20-数据采集处理器，21-球面反射镜，22-校正透镜组A，23-折叠平面镜，24-校正透镜组B，25-折反式长焦透镜外壳，26-平行入射光，27-出射光，28-点光源成像平面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

一种正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器，在装配台1上安装第一连接架2、第二连接架3、第三连接架4、第四连接架5、第五连接架6、第六连接架7和第七连接架8，四维调整架9、分光镜11、折反式长焦系统A12a、折反式长焦系统B12b、五维调整架14、光电接收器B18b、光电接收器A18a分别装配在第一连接架2、第二连接架3、第三连接架4、第四连接架5、第五连接架6、第六连接架7和第七连接架8上，在四维调整架9上装配激光光源10，分光镜11和折反式长焦系统A12a依次位于激光光源10的直射光路上，折反式长焦系统B12b位于分光镜11的反射光路上，且激光光源10直射光路与分光镜11反射光路正交，折反式长焦系统A12a和光电接收器A18a之间的点光源一维微焦准直成像光路A17a与折反式长焦系统B12b和光电接收器B18b之间的点光源一维微焦准直成像光路B17b相互正交，且分别在点光源一维微焦准直成像光路A17a和点光源一维微焦准直成像光路B17b上构成点光源A13a和点光源B13b，其中点光源A13a和点光源B13b分别位于折反式长焦系统A12a和折反式长焦系统B12b的像方焦点上，在五维调整架14上安装带有光纤探针测头16的光纤探针测杆15，光纤探针测杆15位于点光源一维微焦准直成像光路A和B17b的正交光路上，且点光源A13a和点光源B13b分别位于光纤探针测杆15的物方焦点上，点光源一维微焦准直成像光路A17a和B17b分别在光电接收器A18a和B18b上所成的两条亮条纹同时具有最小的偏度绝对值，此时光纤探针测杆15的位置为二维方向上的绝对“0”位置，数据传输线19将光电接收器A18a和光电接收器B18b分别与数据采集处理器20连接。

光纤探针测杆15的焦距为微米量级。

折反式长焦系统A12a、B12b结构是：在折反式长焦透镜外壳25内的同轴光路上从左至右依次配装球面反射镜21、校正透镜组A22、校正透镜组B24，在校正透镜组A22与校正透镜组B24之间配装与同轴光路轴线成45°倾斜的折叠平面镜23。

光电接收器A18a、B18b是线阵CCD、PSD或者QPD。

测量使用时：

①将光纤探针测杆15的一部分作为具有超大曲率的微柱面双凸透镜使用；

光纤探针测杆15是将一部分光纤作为探针的测杆，目的是需要利用光学纤维特有的光学特性和机械特性：其光学特性在于光纤探针测杆能够作为柱面双凸透镜使用，能够对点光源A13a、点光源B13b所发出的光线进行一维准直；其机械特性在于光学纤维具有较高的一阶谐振频率，其半径通常在1.5μm～62.5μm之间，其作为柱面透镜的曲率在6.6×10⁵m^-1～1.6×10⁴m^-1之间，微柱面双凸透镜的焦距为微米量级。

光纤探针测杆15所形成的微柱面双凸透镜的焦距f可近似表达为：

$f=\frac{n\×r}{2\×(n-1)}---\left(1\right)$

其中，空气的折射率为1，光纤探针测杆15的折射率为n，光纤探针测杆15的半径为r，可见，当n＝1.5，光纤测杆半径在62.5μm以内时，f小于100μm。

②通过分光镜11将激光光源10发出的一束激光分成相互正交的两路光，将这两路正交光分别通过折反式长焦系统A12a、折反式长焦系统B12b，两路光改变各自光路方向后依然相互正交，并形成具有长工作距的点光源A13a、点光源B13b。

经分光镜11作用得到的两路正交光线分别进入折反式长焦透镜A12a与折反式长焦透镜B12b后，经过与入射光线成45°的折叠平面镜24的反射，并经过校正透镜组A22入射到球面反射镜21上后反射，再经过校正透镜组B24，最终形成点光源A13a和点光源B13b。

③利用光纤探针测杆15与点光源A13a和点光源B13b分别组建两路点光源一维微焦准直成像光路，即二维微焦准直成像光路，该二维微焦准直成像光路中所包含的两路一维微焦准直成像光路相互正交，且分别在光电接收器件A18a、光电接收器件B18b上成像为一条亮条纹，即二维微焦准直成像光路将光纤探针测杆相对于点光源的二维位移变化转变为二维微焦准直光路所成的两条亮条纹的能量中心的位置的变化；

将点光源A13a与点光源B13b分别放置在光纤探针测杆15作为柱面透镜部分的焦线上，则点光源A13a与点光源B13b所发出的光线分别被光纤探针测杆15一维准直，形成两路点光源一维微焦准直成像光路，且点光源一维微焦准直成像光路A17a与点光源一维微焦准直成像光路B17相互正交，两路准直光路所成像分别为一条亮条纹。

当光纤探针测杆15相对于点光源A13a在点光源一维微焦准直成像光路B17a的正交方向上发生位移时，点光源A13a经光纤探针测杆15准直后的光线将和点光源一维微焦准直成像光路A17a产生转角，因此点光源A13a经一维微焦准直所成的亮条纹的能量中心的位置将发生变化，且随着像距的增加，光路的位移放大倍率将线性增大，点光源A13a与光纤探针测杆15之间的距离(物距)为微米量级，而像距常在100mm以上，因此该光路能够将光纤探针测杆相对于点光源A13a的偏移量高倍放大，放大倍率可达几千倍至上万倍。

根据几何光学的基本理论可以推导出，在点光源一维微焦准直成像光路中，当点光源A13a位于光纤探针测杆15的焦线上、光纤测杆的半径为r、像距为l’、光纤探针测杆的折射率为n、空气折射率为1时，该光路对光纤探针测杆15在点光源一维微焦准直成像光路A17a正交方向的位移放大率β满足：

$\mathrm{\β}\≈1.24\×\frac{2(n-1)l^{\′}}{\mathrm{nr}}---\left(2\right)$

由于光纤测杆半径一般在1.5μm～62.5μm之间，若取n＝1.5，l’＝200mm，则容易计算出放大率β的范围在110222～2645之间，这与美国国家标准技术研究院采用的光学系统所具有的35倍初级放大率相比获得了两个数量级以上的提升。例如选取光纤探针测杆15的半径为25μm，其对应的位移放大率由公式(2)可算得为6613.3，如果使用的光电接收器的像元尺寸为10μm，通过数据处理能够分辨0.1个像元的变化，则此时传感位置对光纤探针测杆15在点光源一维微焦准直成像光路A17a正交方向位移的理论分辨力α为：

$\mathrm{\α}=\frac{0.1\×10\mathrm{\μm}}{6613.3}\≈0.15\mathrm{nm}---\left(3\right)$

如果对该装置采用当前市场上所获得的最佳的参数配置，即：光纤探针测杆15的半径为10μm时，其折射率n＝1.5，像距l’＝300mm，光电接收器像元尺寸为7μm，利用图像算法能够分辨0.1个像元的变化，则传感位置对光纤探针测杆15在点光源一维微焦准直成像光路A17a正交方向位移的理论分辨力α可达0.028nm。

进一步增大像距，进一步减小光电接收器像元的尺寸，进一步提高数据处理的分辨力，则理论分辨力还可以提高。

当光纤探针测杆15在点光源一维微焦准直成像光路A17a方向发生位移时，即在点光源一维微焦准直成像光路B17b正交方向发生位移，这时候点光源B13b经过光纤探针测杆15准直后的光线将和点光源一维微焦准直成像光路B17b产生转角，因此点光源B13b经一维微焦准直所成的亮条纹的能量中心的位置将发生变化，且随着像距的增加光路的位移放大倍率将线性增大，传感位置对光纤探针测杆15在点光源一维微焦准直成像光路A17a方向可达与其正交方向同样的位移的理论分辨力。

当光纤探针测杆15在点光源一维微焦准直成像光路A17a方向发生位移时，点光源A13a经过光纤探针测杆15所形成的一维微焦准直成像光路的成像条纹仅仅是宽度发生变化，其亮条纹的能量中心的位置并不发生变化。由此可知，这两条相互正交的光路之间是零耦合的，光纤探针测杆在两个方向上同时有位移的时候，相互之间不相关。

由此可见，两个点光源形成的二维微焦准直成像光路利用简便而有效的方法获得了光纤探针测杆的二维位移信息。

④点光源A13a和点光源B13b与光纤探针测杆15在各自唯一特定物距下，③中所述的两路一维微焦准直成像光路所成的两条亮条纹同时具有最小的偏度绝对值，将该特定物距下的光纤探针测杆所在位置作为二维位移传感方向上的绝对“0”位置，而且可以根据两条亮条纹的能量中心的位置的移动方向判断光纤探针测杆的二维位移方向。

光纤探针测杆15在点光源A13a形成的点光源一维微焦准直成像光路A17a正交方向上发生位移时，其成像条纹的能量中心的位置和偏度(通过点光源以及条纹能量中心的光线与准直光路光轴的夹角)将发生变化，其偏度绝对值具有唯一的极小值，可将成像亮条纹偏度绝对值有极小值的位置作为该方向位移探测范围的绝对“0”位置。同理，光纤探针测杆15在点光源A13a形成的点光源一维微焦准直成像光路A17a方向上发生位移时，点光源B13b形成的成像条纹的偏度绝对值有极小值的位置作为该方向位移探测的绝对“0”位置。由此，可以确定光纤探针测杆所在位置作为二维位移传感方向上的绝对“0”位置。

设定点光源一维微焦准直成像光路A17a为X轴，光线的传播方向为X轴的正方向，点光源一维微焦准直成像光路B17b为Y轴，光线的传播方向的反方向为Y轴的正方向。当光纤探针测杆沿Y向产生位移时，若光纤探针测杆沿Y轴正向移动时，点光源A13a生成的点光源一维微焦准直成像光路的亮条纹的能量中心的位置也沿Y轴正向移动，由此，可以根据该亮条纹的能量中心的位置的移动方向，判断出光纤探针测杆的在Y向的位移方向；同理，光纤探针测杆沿沿X向移动时，也可以判断出其在X向的位移方向。由此可以判断出光纤探针测杆的二维位移方向。

⑤利用光电转换器件将④所述的二维微焦准直成像光路所成像变为电信号，从而实现对光纤探针测杆二维位移信息的提取。

Claims (4)

1.一种正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器，其特征在于在装配台(1)上安装第一连接架(2)、第二连接架(3)、第三连接架(4)、第四连接架(5)、第五连接架(6)、第六连接架(7)和第七连接架(8)，四维调整架(9)、分光镜(11)、折反式长焦系统A(12a)、折反式长焦系统B(12b)、五维调整架(14)、光电接收器B(18b)、光电接收器A(18a)分别装配在第一、二、三、四、五、六、七连接架(2、3、4、5、6、7、8)上，在四维调整架(9)上装配激光光源(10)，分光镜(11)和折反式长焦系统A(12a)依次位于激光光源(10)的直射光路上，折反式长焦系统B(12b)位于分光镜(11)的反射光路上，且激光光源(10)直射光路与分光镜(11)反射光路正交，折反式长焦系统A(12a)和光电接收器A(18a)之间的点光源一维微焦准直成像光路A(17a)与折反式长焦系统B(12b)和光电接收器B(18b)之间的点光源一维微焦准直成像光路B(17b)相互正交，且分别在点光源一维微焦准直成像光路A(17a)和点光源一维微焦准直成像光路B(17b)上构成点光源A(13a)和点光源B(13b)，其中点光源A(13a)和点光源B(13b)分别位于折反式长焦系统A(12a)和折反式长焦系统B(12b)的像方焦点上，在五维调整架(14)上安装带有光纤探针测头(16)的光纤探针测杆(15)，光纤探针测杆(15)位于点光源一维微焦准直成像光路A和B(17a、17b)的正交光路上，且点光源A(13a)和点光源B(13b)分别位于光纤探针测杆(15)的物方焦点上，点光源一维微焦准直成像光路A和B(17a、17b)分别在光电接收器A和B(18a、18b)上所成的两条亮条纹同时具有最小的偏度绝对值，此时光纤探针测杆(15)的位置为二维方向上的绝对“0”位置，数据传输线(19)将光电接收器A(18a)和光电接收器B(18b)分别与数据采集处理器(20)连接。

2.根据权利要求1所述的正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器，其特征在于光纤探针测杆(15)的焦距为微米量级。

3.根据权利要求1所述的正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器，其特征在于折反式长焦系统A、B(12a、12b)结构是：在折反式长焦透镜外壳(25)内的同轴光路上从左至右依次配装球面反射镜(21)、校正透镜组A(22)、校正透镜组B(24)，在校正透镜组A(22)与校正透镜组B(24)之间配装与同轴光路轴线成45°倾斜的折叠平面镜(23)。

4.根据权利要求1所述的正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器，其特征在于所述的光电接收器A、B(18a、18b)是线阵CCD、PSD或者QPD。

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